16.1. Drgania
Na każdym kroku spotykamy się z drganiami, czyli powtarzającymi się ruchami.
Zetknąłeś się z pewnością z wahającym się żyrandolem, z kołyszącymi się, zako- twiczonymi łodziami, z poruszającymi się tam i z powrotem tłokami w silnikach samochodowych, z drgającymi strunami gitar, bębnami, dzwonami, membranami w słuchawkach telefonicznych i głośnikach, drgającymi kryształami kwarcu w ze- garkach. Nieco mniej oczywiste są drgania cząsteczek powietrza, które są źródłem dźwięków, oscylacje atomów w ciele stałym, które są związane z temperaturą, a także przenoszące informacje drgania elektronów w antenach nadajników ra- diowych i telewizyjnych.
Drgania, jakie występują w realnym świecie, zwykle są tłumione — ruch stopniowo zanika, a na skutek działania sił tarcia energia mechaniczna zamienia się w energię termiczną. Mimo iż nie możemy całkowicie wyeliminować ta- kich strat energii mechanicznej, możemy ją uzupełniać kosztem jakiegoś źródła.
Na przykład, jak wiadomo, dzięki odpowiednim ruchom nóg i tułowia możesz rozbujać huśtawkę, podtrzymując lub wzmacniając jej wahania. W ten sposób przekształcasz energię swych mięśni w mechaniczną energię układu drgającego.
16.2. Ruch harmoniczny
Na rysunku 16.1a przedstawiono serię „migawkowych zdjęć” prostego układu drgającego, a mianowicie cząstki poruszającej się tam i z powrotem względem początku osi x. W tym paragrafie ograniczymy się do opisu tego ruchu. Później zastanowimy się, w jaki sposób można taki ruch uzyskać.
Jedną z ważnych własności opisujących ruch drgający jest jego częstość (częstotliwość), czyli liczba pełnych drgań (cykli) wykonywanych w ciągu każ-
Rys. 16.1.a) Szereg „zdjęć migawkowych” (wykonanych w jednako- wych odstępach czasu) przedstawiających położenia ciała poruszają- cego się tam i z powrotem ruchem drgającym wzdłuż osi x wokół jej początku, w przedziale od +xmdo −xm. Długości strzałek odzwier- ciedlają prędkość ciała. Ciało ma największą prędkość w początku osi x, a w punktach±xmprędkość równą zeru. Jeżeli początek pomiaru czasu (t = 0) przyjmiemy w chwili, gdy ciało znajduje się w punkcie +xm, to powróci ono do tego punktu w chwili t = T , gdzie T jest okresem ruchu. Ruch jest zatem powtarzalny. b) Wykres zależności położenia x od czasu dla ruchu przedstawionego na rysunku (a)
94 16. Drgania
